機(jī)械故障診斷培訓(xùn)教程

1、機(jī)械故障診斷培訓(xùn)教程第一節(jié) 北京京航公司一從事機(jī)械故障診斷的高科技企業(yè)北京京航公司隸屬中國(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院，是一家高科技企業(yè)。公司主要從事旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診 斷方面的理論研究。產(chǎn)品開發(fā)與經(jīng)營(yíng)。公司成立十多來(lái)年，充分發(fā)揮航天技術(shù)優(yōu)勢(shì)，成為國(guó)內(nèi)機(jī)械設(shè) 備診斷行業(yè)中首屈一指的科、 工、貿(mào)一體化企業(yè)。 本公司產(chǎn)品門類齊全， 性能優(yōu)良。 相繼推出 HG-2500 系列袖珍式測(cè)振測(cè)溫儀； HG-8300 雙通道及 HG-8400 多通道數(shù)據(jù)采集，振動(dòng)分析，旋轉(zhuǎn)機(jī)械及電機(jī)診 斷專家系統(tǒng)； HG-8500 機(jī)器故障診斷儀； HG-3500 系列數(shù)據(jù)采集及故障分析，設(shè)備管理系統(tǒng)。產(chǎn)品 廣泛應(yīng)用于石油、化工、鋼鐵、

2、電力、鐵路、煙草等大、中型企業(yè)的設(shè)備管理、維修及監(jiān)測(cè)。產(chǎn)品通 過(guò)了國(guó)家計(jì)量院型式注冊(cè)檢定，獲得北京市技術(shù)監(jiān)督局的CPA 證書及 CMC 證書。十多年來(lái)，公司產(chǎn)品以可靠的質(zhì)量， 優(yōu)越的性能價(jià)格比贏得國(guó)內(nèi)廣大用戶的信賴， 并已批量出口， 遠(yuǎn)銷英國(guó)、 南非等地。第二節(jié)狀態(tài)維修 -設(shè)備維修的根本性革命大家知道，當(dāng)前我國(guó)對(duì)設(shè)備的維護(hù)仍采用傳統(tǒng)的計(jì)劃、定期維修。而這種方式帶有很大盲目性， 設(shè)備有無(wú)故障、故障類型、故障部位、故障程度難以準(zhǔn)確把握。另外，由于良好部位的反復(fù)拆卸，機(jī) 械性能往往不理想，甚至低于檢修前。而且，沒(méi)有必要的超前維修，帶來(lái)人力、物力的巨大浪費(fèi)。故障診斷儀器的廣泛應(yīng)用， 使對(duì)機(jī)械設(shè)備的維護(hù)

3、由計(jì)劃、 定期檢修走向狀態(tài)、 預(yù)知檢修變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)， 使機(jī)械設(shè)備的維護(hù)方式發(fā)生了根本性革命。狀態(tài)監(jiān)測(cè)避免了機(jī)械設(shè)備的突發(fā)故障，從而避免了被迫停 機(jī)而影響生產(chǎn)；機(jī)械狀態(tài)分析為預(yù)知機(jī)械設(shè)備的維修期提供了可靠依據(jù)，即可做到測(cè)量表明有必要時(shí) 才進(jìn)行維修。使我們能夠及時(shí)準(zhǔn)備維修部件，安排維修計(jì)劃，克服了定期維修帶來(lái)的不必要的經(jīng)濟(jì)損 失和設(shè)備性能的下降； 完善的診斷能力可為我們準(zhǔn)確指出故障類型和故障部位， 避免了維修的盲目性， 使檢修簡(jiǎn)捷易行，大大縮短了維修工期；完善的設(shè)備管理軟件，又可使企業(yè)設(shè)備管理自動(dòng)化。由此可 見，狀態(tài)檢測(cè)給企業(yè)帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益是十分顯著的。如實(shí)行狀態(tài)維修后，某化工廠年維護(hù)修理工作由 24

4、7 臺(tái)減至 14 臺(tái)；某電機(jī)廠維護(hù)費(fèi)用下降了 75%；某造紙廠年節(jié)約 25 萬(wàn)美元，而振動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)備一次 注投資僅是此數(shù)的 10 。第三節(jié)機(jī)械振動(dòng)描述一、什么叫振動(dòng)？ 振動(dòng)是世界上的物質(zhì)或物體的一種運(yùn)動(dòng)形式。廣義來(lái)說(shuō)，振動(dòng)就是物體（質(zhì)點(diǎn)）或某種狀態(tài)隨著 時(shí)間往復(fù)變化的現(xiàn)象。二、振動(dòng)的分類 工程中有大量的振動(dòng)問(wèn)題需要研究、分析和處理，因此有必要簡(jiǎn)單介紹振動(dòng)力學(xué)中的振動(dòng)分類方 法，以便在振動(dòng)故障類型、原因、分析和故障排除方面提供考慮的基礎(chǔ)。機(jī)械振動(dòng)的研究和使用方面有多種分類方法，目前，大致有如下幾種分類：1、按振動(dòng)的規(guī)律分 簡(jiǎn)諧振動(dòng)。非簡(jiǎn)諧振動(dòng)和隨機(jī)振動(dòng)。有時(shí)又將前兩者稱為周期振動(dòng)，后者稱為非周期振

5、動(dòng)；2、按產(chǎn)生振動(dòng)的原因分自由振動(dòng)、受迫振動(dòng)、自激振動(dòng)和參變振動(dòng)等；3、按自由度分單自由度系統(tǒng)振動(dòng)、多自由度系統(tǒng)振動(dòng)和彈性振動(dòng)；4、按振動(dòng)位移特征分角振動(dòng)和直線振動(dòng)；5、按系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)分線性振動(dòng)和非線性振動(dòng)。在機(jī)器的故障診斷中，從應(yīng)用角度看，應(yīng)著重掌握按振動(dòng)規(guī)律和產(chǎn)生原因這兩種分類。三、簡(jiǎn)諧振動(dòng)簡(jiǎn)諧振動(dòng)又稱“正弦振動(dòng)”，它是振動(dòng)故障診斷中最基本的概念之一。了解它的表示方法，特別是它的物理意義，對(duì)于掌握故障診斷技術(shù)十分重要。簡(jiǎn)諧振動(dòng)的數(shù)學(xué)表達(dá)式是y (t) = Asin w t式中：A-振幅；w -角頻率(園頻率)。正弦函數(shù)的振動(dòng)圖線如圖 3-1所示。因?yàn)楹瘮?shù)sinw t具有下列特性：sin w

6、 ( t + T ) =sin (w t+ w T)= sinw t則 T=2 n /w為簡(jiǎn)諧振動(dòng)的周期。F=1/T簡(jiǎn)稱為簡(jiǎn)諧振動(dòng)的頻率， w =2 n f表示每秒轉(zhuǎn)過(guò)的弧度，亦是在2口秒內(nèi)振動(dòng)的次數(shù)，稱為“園頻率”。必須指出，簡(jiǎn)諧振動(dòng)一定是周期振動(dòng)，但是，周期振動(dòng)不一定是簡(jiǎn)諧振動(dòng)。四、周期振動(dòng)信號(hào)的分解及頻譜：在故障信號(hào)中，周期信號(hào)主要是由機(jī)器的自由振動(dòng)、受迫振動(dòng)和參變振動(dòng)等產(chǎn)生的。對(duì)于周期信號(hào)，數(shù)學(xué)上早已證明，利用傅氏級(jí)數(shù)原理，可將周期函數(shù)y (t )分解成傅氏級(jí)數(shù)，即將信號(hào)分解成許多諧波分量y(t)= ao /2 Ci cos( it - I) C2 cos(2wit - 2) Cn c

7、os(2wit - n)式中：Cn = a.' bn2：n = . tg (bn )T/2其中：an = 1/二/2y(t)cosn、tdtn=1,2,”T /2bn = 1/二 y(t)sinn itdtn=1,2,j _i/23-2。由上述公式，以頻率為橫坐標(biāo)，以振幅或相位為縱坐標(biāo)來(lái)表征頻率域的振動(dòng)特性，見圖(&>31，各次諧振幅和諧波相位的全體稱為它們是一個(gè)離散的頻譜，又稱線譜，其譜線間的距離為 幅值頻譜和相位頻譜。五、調(diào)制振動(dòng)信號(hào)分析及頻譜：設(shè)備故障診斷中，特別是對(duì)齒輪箱和電機(jī)等的診斷，經(jīng)常碰到調(diào)制信號(hào)。所謂調(diào)制信號(hào)，簡(jiǎn)單他 說(shuō)就是一個(gè)簡(jiǎn)諧振動(dòng)的幅度或者角頻率的變

8、化受到了另一個(gè)簡(jiǎn)諧振動(dòng)的影響。前一振動(dòng)信號(hào)稱為“載 頻信號(hào)”，后一信號(hào)稱為“調(diào)制信號(hào)”。只有對(duì)這類信號(hào)進(jìn)行時(shí)域（橫坐標(biāo)為t）和頻域（橫坐標(biāo)f）分析后，才能獲得診斷結(jié)果。在實(shí)際診斷過(guò)程中，這些調(diào)制信號(hào)從時(shí)域波形圖上看，往往十分復(fù)雜，但 基本原理仍可歸結(jié)為簡(jiǎn)諧振動(dòng)幅值和頻率（或相位）的調(diào)制原理，下面進(jìn)行簡(jiǎn)要討論。1幅度調(diào)制幅度調(diào)制信號(hào)的方程是y（t）二A（1 BCos et）Sinct在齒輪箱診斷中，c =2二fc, fc往往對(duì)應(yīng)為嚙合頻率，而-'2：fe ,診斷對(duì)象不同，fc和fe 所代表的物理含義不同。將上式展開可得y（t）二 ASin（ cet） （A* B/2）* Sin（飛 ,）

9、t （A* B/2）* Sin（，c - e）t由此式可知，經(jīng)調(diào)幅后的頻率，除了原有的角頻率 3 c之外，還有3 c與3 e的和頻和差頻，即（fc + fe）和（fc - fe）。它們是以fc為中心，以fe為間隔，幅度為 AB/2的兩個(gè)邊帶，見圖3-3所示。2. 頻率調(diào)制頻率調(diào)制的時(shí)域和頻域的波形，如圖3-4所示。如同幅度調(diào)制信號(hào)一樣，在齒輪箱或者其它部件的診斷中，載頻信號(hào)往往是嚙合頻率信號(hào)，而故障信號(hào)則是調(diào)制信號(hào),不過(guò)此時(shí)的故障信號(hào)將會(huì)影響載頻信號(hào)的頻率，最簡(jiǎn)單的頻率調(diào)制信號(hào)方程是:y(t)=EOSin(ct+mSin ，et)式中Sin 'c t表示載頻信號(hào)Sin ，et表示故障型

10、號(hào)展開上式后可得y(t)二 E°J°(m)Sin 衣Ji(m)Sin(e)t Sin(一 e)tJ2 (m)Sin( c 2 e)t _ Sin( - 2 e)t .式中y (t)瞬時(shí)值；E0 峰值幅值；-'c 載波角頻率；t, 時(shí)間；Jn(m)以m為自變量的n階第一類貝賽爾函數(shù)，n= 0, 1, 2,；m調(diào)制指數(shù)，m=載波頻率偏差除以調(diào)制頻率；3 e 故障信號(hào)的角頻率。展開式還表明Jn(m)sinct為載波分量；第二項(xiàng)Ji(m)有一階上邊帶和下邊帶； 第三項(xiàng)2(m)有二階上邊帶和下邊帶分量。 由此可見，每一個(gè)被調(diào)制信號(hào)由中心頻率fc信號(hào)加上調(diào)制信號(hào)的頻率所分開的邊

11、帶信號(hào)所組成，其幅值正比于調(diào)制指數(shù)，而故障頻率(調(diào)制頻率)為邊帶頻率到中心頻率間的 距離。所謂故障診斷，就是要找到或用一定方法確定距離大小以及幅值的高低。當(dāng)然，中心頻率fc的幅值大小，也不是一成不變的，它往往也代表某種故障信息(例如齒輪的磨損信息)。值得指出的是，以上討論的正弦信號(hào)的調(diào)幅和調(diào)頻，在工程診斷中，我們幾乎碰不到這種簡(jiǎn)諧信號(hào)的調(diào)制情況，經(jīng)常碰到的是周期信號(hào)的調(diào)制現(xiàn)象。但一個(gè)周期信號(hào)，都可以分解成很多簡(jiǎn)諧振動(dòng)信 號(hào)疊加，故正弦信號(hào)的調(diào)制概念是故障診斷的基本概念之一。第四節(jié).機(jī)械設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)測(cè)量一寬帶測(cè)量開始時(shí)，專家們已經(jīng)知道振動(dòng)能量的大小是危害機(jī)器的主要因素，而表示這個(gè)能量大小的應(yīng)是寬

12、 頻帶內(nèi)的振動(dòng)速度有效值，但是在20年前，當(dāng)時(shí)的測(cè)量技術(shù)不能滿足振動(dòng)理論提出的要求，六十年代的診斷標(biāo)準(zhǔn)大多為振幅標(biāo)準(zhǔn)，典型代表是1968年國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）對(duì)轉(zhuǎn)速不同的汽輪機(jī)、電機(jī)等所作的診斷標(biāo)準(zhǔn)。見表 1:表1 （良好標(biāo)準(zhǔn)）轉(zhuǎn)速 （轉(zhuǎn) / 分）100015001800300036007600軸承座Ap_p(mm)0.0750.0500.0450.0250.0210.012標(biāo)準(zhǔn)中軸承座的振幅應(yīng)取轉(zhuǎn)子的各軸承座三個(gè)測(cè)點(diǎn)中最大的振幅值。同時(shí)，可以通過(guò)這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)說(shuō) 明，振幅標(biāo)準(zhǔn)值是隨轉(zhuǎn)速變化而變化的，轉(zhuǎn)速越高，標(biāo)準(zhǔn)值越低，因此現(xiàn)在通常不采用測(cè)量位移來(lái)判 斷設(shè)備的好壞，而振動(dòng)的速度有效值是與設(shè)備的

13、轉(zhuǎn)速元關(guān)的，它確能反映設(shè)備的最大破壞能量?？梢钥闯?，雖然轉(zhuǎn)速越高，允許振幅越小，但是，振動(dòng)速度的有效值Vrms是不變的，換句話說(shuō),無(wú)論轉(zhuǎn)速高低，準(zhǔn)則是一個(gè)，或者說(shuō)，只允許某種振動(dòng)能量，這種振動(dòng)能量大小，是用振動(dòng)速度的平 方表征的。H 逮 r/ruin在以往的旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)測(cè)量中，多采用機(jī)械式百分表來(lái)測(cè)量位移峰-峰值，用以判斷機(jī)器振動(dòng)大小,進(jìn)而確定好壞。我們說(shuō)，這種測(cè)試方式是極不合理的。原因有三：第一，這種機(jī)械式百分表動(dòng)態(tài)響應(yīng) 很差，不能測(cè)量動(dòng)態(tài)量；第二，測(cè)量軸承座的振幅是一種相對(duì)測(cè)量；第三，機(jī)器的振動(dòng)是周期和非周 期振動(dòng)同時(shí)存在的寬帶振動(dòng)，即使用百分表能讀出數(shù)值，這個(gè)數(shù)值不一定是機(jī)器轉(zhuǎn)速下對(duì)應(yīng)的

14、規(guī)定振 幅。對(duì)設(shè)備監(jiān)護(hù)者，隨時(shí)測(cè)知設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)是十分重要的，而要判定設(shè)備狀態(tài)就要有相應(yīng)的振動(dòng)烈度判據(jù)。目前，最常采用的是ISO-2372標(biāo)準(zhǔn)，它以振動(dòng)速度有效值在于101000Hz頻帶內(nèi)的變化為狀態(tài)判定參量。以設(shè)備功率作為分類依據(jù)，標(biāo)準(zhǔn)如表4-2。表4-2旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)診斷的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)（ISO2372 ）需要指出的是，振動(dòng)測(cè)量是在機(jī)器部件表面進(jìn)行，因此，測(cè)量值還取決于測(cè)量處的機(jī)械導(dǎo)納。因 此，選取正確的測(cè)點(diǎn)位置是十分重要的，不正確的位置往往導(dǎo)致錯(cuò)誤的判斷結(jié)果。另外，此標(biāo)準(zhǔn)在實(shí) 際應(yīng)用中不必生硬搬套，可根據(jù)設(shè)備實(shí)際情況和經(jīng)驗(yàn)參考此標(biāo)準(zhǔn)建立自己的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。為了克服測(cè)點(diǎn)機(jī)械導(dǎo)納的影響，可靠的辦法是通過(guò)

15、集中相對(duì)變化取得狀態(tài)信息，即用確定的參考“基線”或級(jí)值和允許系統(tǒng)的一定的變化來(lái)獲得：ISO和其它標(biāo)準(zhǔn)建議：v 1KHz分量變化2.5倍（8dB）作為研究狀態(tài)重要變化的正常理由，從參考狀態(tài)上增加10倍（20dB）則意味著機(jī)器需要修理；> 4KHz的頻率分量則分別為增加 6倍（16dB ）和100倍（40dB）,當(dāng)然，對(duì)振動(dòng)烈度判據(jù)還有其它標(biāo)準(zhǔn)，限于時(shí)間這里不再介紹。應(yīng)特別指出的是，HG系列儀器是按國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的，能和國(guó)外振動(dòng)測(cè)量?jī)x器的測(cè)量值、分析值 相吻合。而目前國(guó)內(nèi)大部分廠家測(cè)振儀器不符合國(guó)際規(guī)范，所以相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的建立應(yīng)采樣同一廠家儀器 系列，在其基礎(chǔ)上建立其企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，否則標(biāo)準(zhǔn)無(wú)意義。第五

16、節(jié)旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障類型及其振動(dòng)特征認(rèn)識(shí)到振動(dòng)級(jí)值增加表示故障在發(fā)展，以后設(shè)備維護(hù)人員就必須確定故障在機(jī)器中某個(gè)部件的具 體位置。寬帶振動(dòng)測(cè)量對(duì)于精確判定故障位置提供不了多少信息，一般說(shuō)來(lái)，頻譜分析是故障診斷的 關(guān)鍵。本節(jié)介紹不同故障對(duì)應(yīng)的振動(dòng)頻率特征。在實(shí)際工作中，如何從振動(dòng)信號(hào)頻譜中識(shí)別出故障特征是一項(xiàng)較難的工作。尤其對(duì)剛從事故障診 斷工作的人員來(lái)說(shuō)，更是如此。有人曾把學(xué)習(xí)如何識(shí)別振動(dòng)譜圖比作學(xué)習(xí)一種新的工程語(yǔ)言，此比喻 很形象。在分析譜圖時(shí)應(yīng)抓住重點(diǎn)，忽略次要因素，以確定故障類型，找出設(shè)備存在的問(wèn)題。在分析振動(dòng)譜圖時(shí)，要記住兩條原則：1、頻率形態(tài)（大小及其變化等）代表故障類型；2、幅值代表故障

17、劣化程度。下面我們針對(duì)一些典型故障分析實(shí)際的振動(dòng)譜圖。一、不平衡泵、風(fēng)機(jī)、電動(dòng)機(jī)使用一段時(shí)間后，由于磨擦、積灰等原因，使轉(zhuǎn)子質(zhì)心改變，出現(xiàn)不平衡（電 動(dòng)機(jī)由于潤(rùn)滑脂過(guò)量也會(huì)引起不平衡）。不平衡的特點(diǎn)是：（1X ）處有一最大峰值，（轉(zhuǎn)子若1、振動(dòng)頻率單一，振動(dòng)方向以徑向?yàn)橹鳌Ｔ诠ゎl（亦稱轉(zhuǎn)頻）為懸臂支承，將有軸相分量）；2、在一階臨界轉(zhuǎn)速內(nèi)振幅隨轉(zhuǎn)速的升高而增大；3、 譜圖中一般不含工頻（1X）的高次諧波（2X、3X ,）。一臺(tái)射流泵正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)在工頻（1800r/min）處幅值最大，達(dá)1.5卩m （圖5-1）。3個(gè)月后再測(cè)量, 同一處的最大峰值已是2.83卩m （圖5-2）,達(dá)到泵安全運(yùn)行的報(bào)警

18、值。拆機(jī)修理發(fā)現(xiàn)一異物纏繞在葉輪上，改變了質(zhì)心。m （圖5-3）,振幅明顯減小，泵運(yùn)行正常。024007KW WOO 120圖5-3圖5-4從圖5-1圖5-3可知，最大峰值均在工頻1X處，當(dāng)IX處幅值升高時(shí)，2X、3X、4X處的幅值有所降低（圖5-2）,故障排除后，1X處幅值有所降低，2X、3X、4X處的幅值又恢復(fù)到原來(lái)狀態(tài)，幾 乎不變（圖5-1、5-3）。圖5-4是某發(fā)電廠大型風(fēng)機(jī)的后軸承的徑向譜圖，當(dāng)1X （1203r/min ）幅值達(dá)6卩m時(shí)，檢修人員認(rèn)為是不平衡所致，遂進(jìn)行了動(dòng)平衡校正，使幅值減少到0.5卩m。但運(yùn)行一段時(shí)間后，1X幅值又超過(guò)6卩m。而且從后來(lái)測(cè)的前軸承的軸向譜圖（圖5

19、-5）看，1X處的幅值也大。根據(jù)此情況及圖5-5推斷軸已彎曲，而不是不平衡問(wèn)題。因?yàn)椴黄胶獾恼駝?dòng)方向主要在徑向，一般在軸向譜圖上無(wú)多大峰 值。圖5-5之1X處幅值大說(shuō)明由于軸彎曲在軸承上產(chǎn)生推拉力所致。2X、3X諧波則說(shuō)明有松動(dòng)。檢查發(fā)現(xiàn)由于振動(dòng)使前軸承一端的固定螺栓松動(dòng)，證實(shí)了上述診斷結(jié)論。由此看出，不平衡和軸彎曲在1X處都會(huì)產(chǎn)生大的峰值，但不平衡引起的振動(dòng)主要在徑向，而軸彎曲會(huì)在軸向引起大的干擾力。只有全面考慮設(shè)備運(yùn)行情況，才不會(huì)誤診。0.16LEo.osk0,04UL1020W40006000800010000r/min96OQ 12000圖5-5圖5-6二、不對(duì)中及軸彎曲雖然人們普遍認(rèn)

20、為機(jī)械振動(dòng)主要是不平衡所致，但就旋轉(zhuǎn)機(jī)械而言，70% -75 %的振動(dòng)是不對(duì)中引起的。不對(duì)中有兩種：平行不對(duì)中和角度不對(duì)中。平行不對(duì)中徑向振動(dòng)比較突出，角度不對(duì)中軸向振動(dòng) 更突出、兩者在機(jī)器端部或聯(lián)軸器兩邊都有180。的相位差。不對(duì)中振動(dòng)的特點(diǎn)：1 .在2X處有大的能量分布；2 隨著不對(duì)中程度的增加，產(chǎn)生很大的軸向振動(dòng)分量；3. 在聯(lián)軸器的兩邊振動(dòng)的相位關(guān)系是180°+ 30 ° ;4. 在2X處的幅值大于1X處的50%時(shí)意味不對(duì)中程度已加劇。r/min圖5-7圖5-8圖5-6是一臺(tái)水泵的譜圖，圖中2X處也有峰值，但較小，這與不對(duì)中的特點(diǎn)1相符，估計(jì)已存在某種程度的不對(duì)中。

21、一周后再測(cè)量，該處幅值已明顯增大并超過(guò)1X調(diào)處的幅值（圖5-7）,說(shuō)明不對(duì)中已比較嚴(yán)重。檢查發(fā)現(xiàn)不對(duì)中量達(dá)0.254mm。找正后譜圖（圖 5-8） 2x處的幅值已明顯變小，機(jī)組運(yùn)行相當(dāng)平穩(wěn)。但要說(shuō)明兩點(diǎn)：第一，兩次測(cè)量結(jié)果，1X調(diào)處的幅值無(wú)明顯變化，而 2X調(diào)處幅值變化很大，這正是不對(duì)中故障的典型頻譜特征。第二，在2X附近有兩個(gè)譜峰，一個(gè)在 7100r/min處，為水泵的二倍軸頻譜；另一個(gè)在 7200r/ min處，它是電機(jī)定子繞組中電氣故障引起的。三、機(jī)械松動(dòng)即使裝配再好的機(jī)器運(yùn)行一段時(shí)間后也會(huì)產(chǎn)生松動(dòng)。引起松動(dòng)的常見原因是：螺母松動(dòng)、螺栓斷 裂、軸徑磨損、甚至裝配了不合格零件。具有松動(dòng)故障

22、的典型頻譜特征是以工頻為基頻的各次諧波，并在譜圖中常看到10X。國(guó)外有人認(rèn)為，若3X處峰值最大，是軸和軸承間有松動(dòng)，若4X處有峰值，表明軸承本身、松動(dòng)。圖5-9是一臺(tái)電機(jī)地腳螺栓診斷的譜圖。但更換地腳螺栓后，譜圖上除工頻處有一峰值，其它峰 值均已消謝圖5-10 ）。HzHz圖5-9圖 5-10圖5-11是一臺(tái)用于空氣過(guò)濾的真空泵的頻譜圖。圖中出現(xiàn)多個(gè)高次諧波， 有的已超過(guò)0.88min/s。由于該泵已使用3個(gè)月，并且是多級(jí)推進(jìn)器，因此懷疑是其中有一級(jí)推進(jìn)器松動(dòng)。拆開檢修發(fā)現(xiàn)是過(guò) 濾器中的一個(gè)袋子被吸到泵里，纏繞在推進(jìn)器上，使推進(jìn)器失衡。同時(shí)，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子在軸承內(nèi)來(lái)回跳動(dòng),產(chǎn)生運(yùn)轉(zhuǎn)速度的高次諧波，表

23、現(xiàn)出松脫的頻譜特征。由此看出，一種故障現(xiàn)象往往是幾種故障共同作 用的結(jié)果。0.4)80.06 -0,3600,32462羅-0,2520.216|0.1440.1 OS0*072:0.0560.000!-3Xi -1 14X5X600 Hi圖542四、齒輪缺陷用振動(dòng)頻譜來(lái)分析齒輪傳動(dòng)存在的問(wèn)題看起來(lái)很簡(jiǎn)單，但要解釋它們卻很困難，要發(fā)現(xiàn)早期的齒 輪缺陷尤其困難。其主要原因是傳感器的安裝受到限制和多振源產(chǎn)生一個(gè)復(fù)雜的頻譜。在傳動(dòng)中，一般存在嚙合頻率（等于齒輪數(shù)與旋轉(zhuǎn)頻率的乘積）和自振頻率。此外，由于齒輪的 頻率分量常被齒隙。偏心、載荷以及其他缺陷造成的脈沖所調(diào)制，從而出現(xiàn)旁瓣或邊帶。一般說(shuō)來(lái)，當(dāng)在

24、嚙合頻率處有峰值時(shí)，意味著齒輪有問(wèn)題；當(dāng)出現(xiàn)嚙合頻率的高次諧波時(shí)，意味 著劣化程度加劇；當(dāng)出現(xiàn)邊帶，且邊帶峰值達(dá)到一定值時(shí)，意味著齒輪故障己很嚴(yán)重，到了失效的邊 緣。圖5-12是一臺(tái)齒數(shù)為11的齒輪泵，轉(zhuǎn)速為 900r/min （15Hz），嚙合頻率為165Hz。從圖中可看 出，出現(xiàn)多個(gè)嚙合頻率的高次諧波，并伴有以工頻為帶寬的邊帶。檢修發(fā)現(xiàn)齒面已點(diǎn)蝕，并存在偏心。圖 5-13圖 5-14某金礦大型低速球磨機(jī)齒輪箱，主軸轉(zhuǎn)速為900r/min（ 15Hz），從動(dòng)軸轉(zhuǎn)速為220r/min（ 3.66Hz）。過(guò)去每年都要發(fā)生斷齒。從譜圖（圖5-13 ）看，齒輪有問(wèn)題，但具體什么問(wèn)題不清楚。為此，用數(shù)

25、據(jù)采集器采集時(shí)域波形（圖5-14）。由圖看出，此故障每隔一定的時(shí)間間隔出現(xiàn)一次，周期為0.272s。正好是從動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)頻（3.66Hz）的倒數(shù)。因此，分析問(wèn)題在從動(dòng)輪。檢修時(shí)發(fā)現(xiàn)，從動(dòng)輪一齒面嚴(yán)重磨 損，并伴有點(diǎn)蝕。以上分析比較了 4種常見故障的頻譜特征，總結(jié)歸納了識(shí)讀譜圖的方法。但設(shè)備是一個(gè)有機(jī)的整 體，同一故障往往有不同的表現(xiàn)形式，而一種故障現(xiàn)象又常是幾種故障共同作用的結(jié)果。因此，只有 對(duì)多種因素綜合考慮才能有效地提高故障診斷的準(zhǔn)確率。限于時(shí)間關(guān)系，下面的幾種故障類型僅給出頻率特征。5 .滾動(dòng)軸承故障（滾動(dòng)軸承）軸承故障表現(xiàn)在不尋常振動(dòng)級(jí)值常常有沖擊，沖擊速率和被損部件有關(guān)系:2）a.外環(huán)損

26、壞：f (Hz)二 nfr(1 -dcos： /D)/2b.內(nèi)環(huán)損壞：f (Hz)二 nfr(1 dcos： /D)/2C.滾動(dòng)體損壞:2f (Hz) = fr(D/d)1 -d(cos： )/D /2d.保持架故障:f (Hz)二f1 d(cos： )/D _ fo1 d(cos )/D/2式中：n-滾動(dòng)體數(shù)、fr -內(nèi)外環(huán)相對(duì)轉(zhuǎn)速頻率、d-滾動(dòng)體直徑、D-節(jié)圓直徑、a -接觸角、fi、fo幾分別為內(nèi)外環(huán)轉(zhuǎn)速頻率，二者方向一致取正號(hào)，方向相反則取負(fù)號(hào)。滾動(dòng)軸承故障振動(dòng)在徑向和軸向上都有表現(xiàn)。6 滑動(dòng)軸承故障a. 軸承蓋松動(dòng)：表現(xiàn)在徑向上轉(zhuǎn)速頻率的1/2或1/3頻率點(diǎn)上的振動(dòng)。b. 油膜振蕩：

27、表現(xiàn)在徑向上稍低于轉(zhuǎn)速頻率之半（42%48%）頻率點(diǎn)上的振動(dòng)，發(fā)生在高速機(jī)器上。7 .滯后回旋：表現(xiàn)在徑向上軸的臨界轉(zhuǎn)速頻率點(diǎn)上的振動(dòng)。發(fā)生在通過(guò)軸的臨界轉(zhuǎn)速時(shí)激起的振動(dòng)在高轉(zhuǎn)速仍 舊保持，有時(shí)緊固轉(zhuǎn)子零件可消除。&不平衡往復(fù)力和力偶：表現(xiàn)為徑向上轉(zhuǎn)頻點(diǎn)和（或）其倍數(shù)（對(duì)高階不平衡）點(diǎn)上振動(dòng)的增強(qiáng)。9 .擾動(dòng)增加：表現(xiàn)在葉片和翼輪通過(guò)頻率及其諧波頻率點(diǎn)上振動(dòng)烈度的增強(qiáng)，它在徑向和軸向上都有表現(xiàn)。10. 電磁感應(yīng)振動(dòng)：表現(xiàn)在轉(zhuǎn)頻或同步頻率的 1或2倍頻點(diǎn)上的振動(dòng)，它在徑向和軸向上都有表現(xiàn)，此振動(dòng)在關(guān)閉 電源時(shí)應(yīng)消失。11. 皮帶傳動(dòng)故障：徑向上皮帶轉(zhuǎn)頻的1、2、3和4倍。第六節(jié)振動(dòng)烈度測(cè)

28、量、故障分析的實(shí)現(xiàn)上面我們介紹的判斷機(jī)械設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的方法和以頻率特征為依據(jù)的故障類型診斷原則，而測(cè)點(diǎn) 位置的選取、表征振動(dòng)量級(jí)的參數(shù)選取、頻率分析中分析方法的確定是準(zhǔn)確判定設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)及故障 診斷的前提。一、測(cè)量位置的選取振動(dòng)烈度反映測(cè)點(diǎn)上傳遞的交變力。振動(dòng)不僅與交變力有關(guān)， 而且和該測(cè)點(diǎn)上的結(jié)構(gòu)導(dǎo)納有關(guān)（加速度導(dǎo)納、速度導(dǎo)納、位移導(dǎo)納）即：V 二 yvF;d 二 yd F; a 二 yaF式中：F-應(yīng)變力；V、d、a-分別為振動(dòng)速度。位移和加速度；yv; yd; ya -分別為振動(dòng)速度。位移和加速度導(dǎo)納；因此，測(cè)點(diǎn)的選取原則應(yīng)使傳遞路徑最短，測(cè)點(diǎn)剛度最大，以使結(jié)構(gòu)導(dǎo)納最大，并且每次測(cè)量測(cè)

29、點(diǎn)位置必須相同，盡量避免結(jié)構(gòu)導(dǎo)納不同對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，測(cè)點(diǎn)位置選擇如圖6-1所示，“A” “C”為正確的測(cè)點(diǎn)位置；“ B ”“D ”為 不正確的測(cè)點(diǎn)位置。加速度計(jì)館爐圖6-1測(cè)點(diǎn)位置的正確選取、振動(dòng)參量的選取：表征振動(dòng)的參量有加速度、速度和位移三個(gè)量，它們之間表現(xiàn)為微積分關(guān)系，對(duì)單一頻率分量:Vm = dm = 2 fdm2 2am = dm 二（2f ） dm或Vm 二 am/（2二f）dm 二 am /（2二f）2amVmdm分別為振動(dòng)加速度、速度、位移振幅?？梢?，振動(dòng)位移隨頻率的升高有極大的衰減，而振動(dòng)加速度隨頻率的降低有極大的衰減，這就決 定了檢測(cè)低頻故障需檢測(cè)振動(dòng)位移的變化，而檢測(cè)高

30、頻故障需檢測(cè)振動(dòng)加速度的變化，而振動(dòng)速度可 說(shuō)是二者的折中，這也是寬帶測(cè)量中，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)2372以振動(dòng)速度作為參變量的原因。表征振動(dòng)位移、速度、加速度波形參數(shù)常用的有峰值（峰-峰值）、有效值、平均值，以之表示振動(dòng)的量級(jí)，見圖6-2，選定振動(dòng)變量后，確定振動(dòng)波形表征參量也是正確判定故障的重要內(nèi)容。峰值是指波形上與零線的最大偏移值，它在指示短時(shí)連續(xù)沖擊的能級(jí)上特別有價(jià)值，一般用于加 速度測(cè)量。峰-峰值是指振動(dòng)波形的最大偏移量，它反映機(jī)器的機(jī)構(gòu)強(qiáng)度， 尤其它在低頻段，機(jī)構(gòu)的破壞直接與之有關(guān)，故它一般用于位移測(cè)量，尤其是在低速大型設(shè)備振動(dòng)測(cè)量上。機(jī)械設(shè)備故障判別表主«««&

31、#171;¥(HZ-RPKL60方向餐莊戡卉押不平1 = RPM隹向機(jī)&賢勁過(guò)窩的一甌因F 1 = RPM時(shí)肯2“ RPXI苒時(shí) 3RPMA輛囪機(jī)MKE融過(guò)査的-At賺講一髦 1 - 10m RPMRPM ft主對(duì)盤對(duì)承檢輔還會(huì)IT歐謂譜杓中同摘*齒綸映陷當(dāng)輪維舍*辜t專奉u齒陞其諧淮輕向ft捏耘爭(zhēng)合腳率間風(fēng)的邊琴歸口相與干邊曙趣的輒事胡1 M心).的附貢廿折叩0|#1對(duì)才俺程離!齊b* 血威 U3 . RPM b , 42,RPM±«舟«1*3b諸用于XftinttL蛔諭平機(jī)植功悄承戰(zhàn)It1«WfrM?rdj3«(2- WK

32、Hz)向共梔科棊婭ID和平辱席眾功楓恆索帯商沖擊申在連率：內(nèi)序豪環(huán) 1 KHtnUl MeVDy3a(功萍嶽tr HarfcDdxi (fcom-D/n 徵持MH 壞：ftHiI1 *d«»T>J>7盍中：速埔車:E* 十內(nèi)*掙環(huán)輔囂車.方自-拿車正方向fflfift負(fù)：D- KW1&： d-變功律亶輕主整量徑向 寺芯倍的宅界晡矗時(shí)將餐羽拄昨轉(zhuǎn)矗Fflieft持* WMxm 錚子零秤可摘吳車平騎注霍力總力Mi k Rpst即威其密et(對(duì)高協(xié)不平m主餐是葉片畀寓槍遑過(guò)熾卑叢墓曙urn接訪段也堆腫盤崛找為増頁(yè)電武痂宜量越義閒削討審當(dāng)植先i * 7、3 和4ft蜒帯itai輕囪有效值是振動(dòng)測(cè)量中用的最多的物理量，它定義為振動(dòng)信號(hào)的均方根值，即：yrms=Jiim1/TjT y2(t)dt-tt：:用它表征振動(dòng)量級(jí)的優(yōu)點(diǎn)在于：既考慮了振動(dòng)的時(shí)間歷程，同時(shí)又表征了機(jī)械振動(dòng)能量的大小。在高頻時(shí)，雖然